液態(tài)發(fā)酵甘蔗醋飲料的研制

李一，黃婷婷，李凱，2，鄧立高*，李紅，陳松蔚

（1.廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，南寧 530004；2.廣西蔗糖產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，南寧 530004）

液態(tài)發(fā)酵甘蔗醋飲料的研制

李一1，黃婷婷1，李凱1，2，鄧立高1*，李紅1，陳松蔚1

（1.廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，南寧 530004；2.廣西蔗糖產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，南寧 530004）

以甘蔗汁為原料，探究了液態(tài)發(fā)酵的最優(yōu)生產(chǎn)條件和甘蔗醋飲料的生產(chǎn)方法，通過單因素和正交試驗優(yōu)化了酒精發(fā)酵和醋酸液態(tài)發(fā)酵的生產(chǎn)工藝。結(jié)果表明：酒精發(fā)酵的工藝參數(shù)為糖度18%，溫度28℃，接種量3%，p H值4.5。以這種組合進(jìn)行酒精發(fā)酵3天，酒精度達(dá)到9.5%（V／V）。醋酸液態(tài)發(fā)酵的最優(yōu)條件為酒精度7%（V／V），接種量10%，裝液量75 m L，溫度32℃。以這種組合進(jìn)行醋酸發(fā)酵5天，總酸含量達(dá)到4.86 g／d L。

甘蔗汁；酒精發(fā)酵；醋酸液態(tài)發(fā)酵；甘蔗醋

甘蔗汁清爽甘甜，富含人體尤其是女性容易缺乏的微量元素鐵，因此甘蔗常被人們稱作“補(bǔ)血果”和“鐵桿莊稼”，是女性人群補(bǔ)血的佳品。中醫(yī)認(rèn)為：甘蔗性寒味甘，入肺、胃二經(jīng)，能助脾和中、消痰鎮(zhèn)咳、治噎止嘔，為清熱、生津、潤燥、滋養(yǎng)之佳品，適用于低血糖、心功能不全、口干舌燥、咽喉腫痛、虛熱咳嗽、高燒煩渴、反胃嘔吐等病癥［1］。甘蔗汁水分含量高，糖分豐富，香氣清新，經(jīng)過發(fā)酵后制備成果醋飲料，不僅拓展了甘蔗產(chǎn)品路線，增加了果醋飲料的品種，更重要的是果醋飲料是保健型飲料，賦予了甘蔗汁更高的營養(yǎng)保健價值，符合人們養(yǎng)生保健的健康理念［2］。

果醋，兼具水果和食醋的營養(yǎng)保健性能。明朝李時珍在《本草綱目》中載：“醋，消腫痛，散水氣，殺邪毒［3］?！惫缀胸S富的鉀、鈣、鈉、鎂等礦物質(zhì)元素，在胃內(nèi)代謝后呈堿性，能調(diào)節(jié)組織細(xì)胞的酸堿平衡，減少因血液酸化誘發(fā)的動脈硬化、高血糖、高血脂及高尿酸等多種疾?。?－8］，此外，果醋還有減肥瘦身的作用。

從20世紀(jì)80年代開始，果醋飲料逐漸實(shí)現(xiàn)商業(yè)化發(fā)展，到90年代，已經(jīng)風(fēng)靡歐美、日本等發(fā)達(dá)國家。英國的蘋果醋產(chǎn)量占食醋總量的10%，年產(chǎn)量達(dá)到0.1億升［9］；甘蔗果醋釀制工藝已有報道，但報道的甘蔗果醋釀制工藝仍不完善，具有發(fā)酵時間短則得率低、得率較高但發(fā)酵時間過長等缺點(diǎn)，因此探索發(fā)酵時間短且得率高的甘蔗果醋釀制工藝十分有意義。

1 材料與方法

1.1 原料與菌種

甘蔗汁：廣西明陽糖廠；白砂糖：市售；釀酒酵母（菌號GIM2.74）、醋酸桿菌（菌號AS1.41）：購于廣東微生物研究所菌種保藏中心。

1.2 儀器與設(shè)備

HH-B11型電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠；YX-280D型YX系列手提式壓力蒸汽滅菌鍋 江陰濱江醫(yī)療設(shè)備有限公司；BSD-YX2400型智能精密搖床 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；PHS-3C型p H計 上海科研；WAY-2S型數(shù)字阿貝折光儀；SHY-100A型水浴恒溫培養(yǎng)搖床 湖南湘儀實(shí)驗室儀器開發(fā)有限公司。

1.3 分析檢測方法

總酸測定：GB／T 12456－2008［10］；還原糖測定：GB／T 5009.7－2016［11］；可溶性固形物測定：折光法；乙醇測定：GB／T 10345－2007［12］，酒精計法；菌落總數(shù)測定：GB 4789.2－2016［13］，平板計數(shù)法；大腸菌群測定：GB 4789.3－2010［14］，平板計數(shù)法；沙門氏菌檢驗：GB 4789.4－2016［15］；志賀氏菌檢驗：GB 4789.5－2012［16］；金黃色葡萄球菌檢驗：GB 4789.10－2016［17］。

1.4 操作要點(diǎn)

1.4.1 菌種的制備

1.4.1.1 酵母菌培養(yǎng)基

活化培養(yǎng)基：麥芽汁培養(yǎng)基；斜面培養(yǎng)基：麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基；種子培養(yǎng)基：滅菌后的甘蔗汁。

1.4.1.2 醋酸桿菌培養(yǎng)基

醋酸桿菌活化培養(yǎng)基：葡萄糖10 g，酵母膏10 g，碳酸鈣15 g，無水乙醇20 m L，不必調(diào)p H，無水乙醇在培養(yǎng)基滅菌后冷卻至50～60℃加入。

醋酸桿菌斜面培養(yǎng)基：葡萄糖10 g，酵母膏10 g，碳酸鈣15 g，無水乙醇20 m L，瓊脂20 g，不必調(diào)p H，無水乙醇在培養(yǎng)基滅菌后冷卻至50～60℃加入。

一級種子培養(yǎng)基：甘蔗汁在121℃高壓滅菌30 min，冷卻至50～60℃后加入2%無水乙醇。

二級種子培養(yǎng)基：甘蔗汁在121℃高壓滅菌30 min，冷卻至50～60℃后加入3%無水乙醇。

發(fā)酵培養(yǎng)基：巴氏消毒后酒精度為5°的甘蔗果酒。

1.4.2 發(fā)酵前甘蔗汁成分調(diào)整

用阿貝折光儀測定甘蔗汁的可溶性固形物含量，根據(jù)讀數(shù)利用白砂糖調(diào)整糖度；利用檸檬酸和碳酸鈣調(diào)整p H值，以探索酒精發(fā)酵的較優(yōu)工藝。

1.4.3 發(fā)酵前甘蔗果酒成分調(diào)整

用酒精計測定甘蔗果酒的酒精度，利用濃度稀釋公式用無菌水將甘蔗果酒稀釋到所需要的酒精度；用阿貝折光儀和白砂糖調(diào)整甘蔗果酒的可溶性固形物；用檸檬酸和碳酸鈣調(diào)整甘蔗果酒的p H值。

1.4.4 滅菌

用250 m L的錐形瓶裝入甘蔗果酒100 m L，塞上棉塞并用牛皮紙包好，在65℃左右的水浴鍋中恒溫30 min。

2 結(jié)果與分析

2.1 酒精發(fā)酵

2.1.1 酒精發(fā)酵單因素變量選擇

以酒精度為考察指標(biāo)，通過對酒精發(fā)酵過程中的4個影響因素（糖度、溫度、接種量和p H值）進(jìn)行單因素分析，結(jié)果見圖1。

圖1 糖度、溫度、接種量和p H對酒精度的影響Fig.1 Effects of sugar content，temperature，inoculation amount，p H on alcohol content

綜合考慮酒精度和可溶性固形物殘留，通過單因素試驗得出：甘蔗汁酒精發(fā)酵在糖度18%、溫度28℃、接種量3%以及p H值4.5水平下發(fā)酵效果較好。

2.1.2 酒精發(fā)酵正交試驗條件優(yōu)化

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，為了確定甘蔗汁酒精發(fā)酵最佳工藝條件，本試驗以酒精度為指標(biāo)，對糖度（A）、溫度（B）、接種量（C）、p H值（D）進(jìn)行四因素三水平正交試驗，表頭按照L9（34）正交表設(shè)計，見表1。正交試驗結(jié)果見表2。

表1 甘蔗汁酒精發(fā)酵正交試驗設(shè)計Table 1 Orthogonal test design for alcohol fermentation of sugarcane juice

表2 酒精發(fā)酵正交試驗結(jié)果Table 2 Orthogonal test results for alcohol fermentation of sugarcane juice

由表2可知，影響甘蔗汁酒精發(fā)酵效果的主次因素依次是RA＞RB＞RC＞RD，即糖度＞溫度＞接種量＞p H值，其中糖度對酒精發(fā)酵的影響最大，在一定范圍內(nèi)，糖度的高低直接影響了酒精度的高低。在正交表中通過對K值的比較，可以得出試驗最佳組合是A3B3C2D2，即糖度為18%、溫度為28℃、接種量為3%以及p H值為4.5。

2.1.3 酒精發(fā)酵最佳工藝驗證試驗

由于得出的最佳組合A3B3C2D2沒有包括在9個正交試驗中，為了使結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)，將正交表中最佳組合A3B3C2D1和試驗最佳組合A3B3C2D2做了驗證試驗，以酒精度為指標(biāo)，試驗結(jié)果見表3。

表3 驗證試驗結(jié)果Table 3 Results of verification test

由表3可知，試驗最佳組合工藝產(chǎn)的酒精含量比正交表中最佳組合工藝產(chǎn)的酒精含量要高，因此甘蔗汁酒精發(fā)酵最佳工藝組合應(yīng)該是A3B3C2D2，即糖度為18%、溫度為28℃、接種量為3%以及p H值為4.5。以這種組合進(jìn)行酒精發(fā)酵3天，酒精度達(dá)到9.5%（V／V），發(fā)酵效果良好。

2.2 醋酸液態(tài)發(fā)酵

2.2.1 醋酸液態(tài)發(fā)酵單因素變量選擇

以總酸含量為考察指標(biāo)，通過對醋酸液態(tài)發(fā)酵過程中的6個影響因素（糖度、p H、酒精度、接種量、裝液量和溫度）進(jìn)行單因素分析，結(jié)果見圖2。

圖2 糖度、p H、酒精度、接種量、裝液量和溫度對總酸含量的影響Fig.2 Effects of sugar content，p H value，alcohol content，inoculation amount，liquid volume and temperature on total acids content

綜合考慮總酸含量和成本，通過單因素試驗得出：醋酸液態(tài)發(fā)酵在糖度5.5%、p H值5.5、酒精度7%（V／V）、接種量10%、裝液量75 m L以及溫度32℃水平下發(fā)酵效果較好。

2.2.2 醋酸液態(tài)發(fā)酵正交試驗條件優(yōu)化

根據(jù)單因素得到的結(jié)果，以總酸（以乙酸計）為指標(biāo)，進(jìn)一步選取酒精度（A）、接種量（B）、裝液量（C）、溫度（D）進(jìn)行四因素三水平正交試驗，表頭按照L9（34）正交表設(shè)計，見表4，正交試驗結(jié)果見表5。

表4 醋酸液態(tài)發(fā)酵正交試驗設(shè)計Table 4 Orthogonal test design for acetic acid fermentation of sugarcane juice

表5 醋酸液態(tài)發(fā)酵正交試驗結(jié)果Table 5 Orthogonal test results for acetic acid fermentation of sugarcane juice

由表5可知，影響醋酸液態(tài)發(fā)酵效果的主次因素依次是RA＞RC＞RD＞RB，其中酒精度對醋酸發(fā)酵的影響最大，在一定范圍內(nèi)，酒精度的高低直接決定了總酸含量的多少。在正交表中通過對K值的比較，可以得出最佳組合是A2B2C2D2，即酒精度為7%（V／V）、接種量為10%、裝液量為75 m L、溫度為32℃。

2.2.3 醋酸液態(tài)發(fā)酵最佳工藝驗證試驗

由于從試驗中得出的最佳組合A2B2C2D2沒有包括在9個正交試驗中，為了使結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)，將正交表中的最佳組合A2B3C1D2和試驗最佳組合A2B2C2D2做了驗證試驗，以總酸含量為指標(biāo)，試驗結(jié)果見表6。

表6 驗證試驗結(jié)果Table 6 Results of verification test

由表6可知，試驗最佳組合工藝產(chǎn)的醋酸含量比正交表中最佳組合工藝產(chǎn)的醋酸含量要高，因此，甘蔗汁醋酸發(fā)酵最佳工藝組合應(yīng)該是A2B2C2D2，即酒精度為7%（V／V）、接種量為10%、裝液量為75 m L、溫度為32℃。以這種組合進(jìn)行醋酸發(fā)酵5天，總酸含量達(dá)到4.86 g／d L。

2.3 甘蔗醋質(zhì)量評價

甘蔗醋的品質(zhì)評價以及理化衛(wèi)生測定結(jié)果見表7～表9。

表7 甘蔗醋感官評價結(jié)果Table 7 Sensory evaluation results of sugarcane vinegar

表8 甘蔗醋理化指標(biāo)檢測結(jié)果Table 8 Physical and chemical indicators testing results of sugarcane vinegar

表9 甘蔗醋微生物指標(biāo)檢測結(jié)果Table 9 Microbiological indicators testing results of sugarcane vinegar

我國果醋飲料目前發(fā)展尚不完善，除了蘋果醋飲料有可遵循的國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T 30884－2014外，其他的果醋飲料標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺。本試驗釀制的甘蔗果醋的感官品質(zhì)、理化指標(biāo)以及微生物指標(biāo)能達(dá)到釀造食醋的國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 18187－2000和GB 2719－2003。

3 結(jié)論

本文通過兩步發(fā)酵的單因素與正交試驗探究，得出在酒精發(fā)酵中，影響發(fā)酵工藝的主次因素依次是糖度、溫度、接種量以及p H值，同時得到試驗最佳組合是A3B3C2D2，即糖度18%、溫度28℃、接種量3%和p H值4.5，酒精發(fā)酵3天后，酒精度達(dá)到9.5%（V／V）。在醋酸液態(tài)發(fā)酵中，影響發(fā)酵工藝的主次因素依次是酒精度、裝液量、溫度以及接種量，同時得到試驗最佳組合A2B2C2D2，即酒精度7%（V／V）、接種量10%、裝液量75 m L以及溫度32℃，醋酸發(fā)酵5天后，總酸含量達(dá)到4.86 g／d L。通過對甘蔗果醋進(jìn)行感官評價和各項指標(biāo)的測定得出：甘蔗果醋的感官品質(zhì)、理化指標(biāo)以及微生物指標(biāo)能達(dá)到釀造食醋的國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB 18187－2000和GB 2719－2003。

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［14］GB 4789.3－2010，食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗大腸菌群測定［S］.

［15］GB 4789.4－2016，食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗沙門氏菌檢驗［S］.

［16］GB 4789.5－2012，食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗志賀氏菌檢驗［S］.

［17］GB 4789.10－2016，食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗金黃色葡萄球菌檢驗［S］.

Preparation of Sugarcane Vinegar Beverage by Liquid Fermentation

LI Yi1，HUANG Ting-ting1，LI Kai1，2，DENG Li-gao1*，LI Hong1，CHEN Song-wei1
（1.Light Industry and Food Engineering College，Guangxi University，Nanning 530004，China；2.Collaborative Innovation Center of Guangxi Sugar Industry，Nanning 530004，China）

In this paper，the optimum production conditions of liquid fermentation and the production methods of sugarcane vinegar beverage are explored by using sugarcane juice as raw material.The production process of alcohol fermentation and liquid acetic acid fermentation is optimized by single factor and orthogonal experiments.The results show that the technological parameters of alcohol fermentation are as follows：sugar content is 18%，temperature is 28℃，inoculation amount is 3%，p H value is 4.5.In this combination，the alcohol is fermented for 3 days and the alcohol content is 9.5%（V／V）.The optimal conditions for acetic acid fermentation are as follows：alcohol content is 7%（V／V），inoculation amount is 10%，liquid volume is 75 m L，temperature is 32℃.In this combination，acetic acid is fermented for 5 days，and the total acid content reaches 4.86 g／d L.

sugarcane juice；alcohol fermentation；liquid acetic acid fermentation；sugarcane vinegar

TS201.5

A

10.3969／j.issn.1000-9973.2017.10.018

1000-9973（2017）10-0083-06

2017－04－16 *通訊作者

廣西科學(xué)研究技術(shù)開發(fā)計劃項目（桂科AB16380283）；廣西科學(xué)研究技術(shù)開發(fā)計劃項目（桂科AB16380011）

李一（1991－），男，碩士，研究方向：制糖副產(chǎn)物的綜合利用；鄧立高（1974－），男，高級工程師，研究方向：制糖過程強(qiáng)化。